中國粉體網訊 目前，日本正以舉國之力推動全固態電池商業化，包括設立官-產-學聯盟，豐田、本田、日產等既開展全固態電池研發，也從事整車生產，在電池與整車性能匹配方面較有優勢。其中，豐田在全固態電池研究上時間較早積累較深，目前日產、本田也已發布了其試生產和產品上線的時間節點。所以，日本的全固態電池研發已經是全行業在行動。
政策與投資支持
早在2018年，隸屬于日本政府經濟產業省的日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）宣布，該國部分企業及學術機構將在未來5年內聯合研發下一代電動車全固態鋰電池，力爭早日應用于新能源汽車產業。該項目預計總投資100億日元（約合5.8億元人民幣），豐田、本田、日產、松下等23家汽車、電池和材料企業，以及京都大學、日本理化學研究所等15家學術機構將共同參與研究，計劃到2022年全面掌握全固態電池相關技術。
2021年，NEDO與豐田汽車、松下能源等企業啟動新一代高效電池“全固體電池”核心技術的開發，力爭通過全國力量推進研發，實現電池產業的趕超。與此同時，經濟產業省也提供了約1205億日元，支持日產汽車和本田汽車的高性能蓄電池及原材料的開發、再利用技術。
至2022年9月，日本電池產業戰略研究公私理事會又發布《電池產業戰略》，提出到2030年建立150吉瓦時/年的國內制造基地，全球生產能力達600吉瓦時/年，以提高日本電池產業競爭力，目標是到2030年左右實現全固態鋰電池的正式商業化應用。此外，隨著日本三井金屬年產十噸級的硫化物固態電解質材料生產線宣布建成，也為意圖大展拳腳的日本相關企業提供了穩定的配套硫化物材料來源。
技術創新與突破
硫化物技術路線
日本企業致力于全固態電池的產業化落地，主攻硫化物技術路線。其看重的便是硫化物電解質較高的電導率和出色的性能預期表現，并認為這是最適合用于電動汽車的固態電池技術路線，商業化前景足夠廣闊。盡管受制于全固態電池產業化的材料技術、制備技術不夠成熟、生產成本過高等主要局限，以及硫化物電解質自身的界面穩定性差等研究難題，但日本企業依托在固態電池的研發起步較早且在開發領域處于技術領先地位的客觀優勢，還是讓豐田、日產、本田等日企依然錨定著這一技術路線。
硫化物類固態電解質專利申請數居世界第2位的出光興產與豐田就全固態電池的量產開展合作。出光興產擁有多項以硫化鋰為原料的硫化物固態電解質專利，擁有從煉油廠的副產物中獲得電解質原料的訣竅，從原料到合成全面涉足電解質業務，能夠降低成本。通過從材料到電池產品的一貫制開發提升速度。
2024年5月，Maxell官宣已經將全固態電池工作溫度上限提升到150℃。2023年10月，Maxell開發出圓柱形全固態電池，容量達到200mAh，2024年1月可開啟樣品預定。資料顯示，Maxell專注硫化物路線，1960年成立為麥克賽爾電氣工業有限公司，創始產品為干電池，1964年更名為日立麥克賽爾株式會社。目前該公司在日本、美洲、歐洲、亞洲均有布局基地。
2024年2月份，媒體報道三井金屬計劃將日本全固態電解質量產試驗設施進行第二次產能擴建，提升兩倍。該公司主要為硫化物電解質。該公司生產的“algyrodite 型硫化物固體電解質”具有與液態電解質相同的高水平鋰離子電導率，并且具有電化學穩定性特點。該產品商標被注冊為“A-SOLiD”。三井金屬目前將A-SOLiD定位為關鍵材料，并致力于其研究。
GS湯淺已經開發出含氮硫化物固態電解質（高離子電導率和防水性能的提升）。已和本田合作投資4341億日元在日本新建電池工廠，預計2027年投產。計劃在20年代后半段實現全固態電池應用，從深海領域擴展到電動車領域。
AGC應用其100多年在玻璃業務中積累的熔解技術，切入到硫化物固態電解質市場。目前AGC掌握了熔解硫化鋰等原料、以較高的均勻性生產固態電解質的自主技術。與以往的生產方式相比，化學反應速度更快，生產時間降至10分之1以下。
氧化物技術路線
2024年6月，日本東京電氣化學工業株式會社（TDK）宣布開發出氧化物全固態電池“CeraCharge”第二代，采用氧化物固體電解質和鋰合金陽極，可實現750Wh/L體積能量密度，不封裝狀態下可達1000Wh/L，比第一代“CeraCharge”高100倍。TDK表示該產品可達1000次循環，預計將應用小型消費電子產品，如無線耳機、助聽器、智能手表等小型電子設備，以及環境傳感器和替代紐扣電池。樣品將于2025年開始問世，量產看客戶需求。
日本特殊陶業應用長年累積的陶瓷技術，致力于氧化物系全固態電池的研發。于2017年開發出氧化物固態電解質材料。在2021年實施全球首個全固態電池的技術實證試驗，力爭2030年實現EV用全固態電池的實際應用。據媒體報道其開發制品的容量為0.5～10 Wh，尺寸則是30～110 mm，由于采用了鋰鑭鋯氧氧化物(Li7La3Zr2O12)作為固體電解質，體積能量密度達到了300Wh/L，是氧化物系固態電池中高水準之容量尺寸。此外，相對于鋰離子電池的使用溫度上限為60℃，新開發品可在–30～105℃的寬廣溫度范圍進行使用。
量產與商業化
電動車領域的應用
2023年7月初，豐田汽車官方宣布在電池技術上取得重大突破，宣布將在2025年推出先進固態電池，充電10分鐘可以實現續航1200公里，同時成本降低20%。豐田計劃于2027—2028年將其投入實際應用，在BEV車型上搭載全固態電池。
日產汽車走高鎳+硫化物+鋰金屬路線，目標1000Wh/L。按照規劃，2024年8月中試線設備進行安裝，2025年3月橫濱工廠固態電池中試線將開始運營，2026年進行車輛測試，2028年在新款EV車型中搭載應用全固態電池（ASSB）。據日產2030公開愿景發布會，至2028財年，全固態電池（ASSB）能夠將電池組的成本降至每千瓦時75美元，未來會將成本進一步降低至每千瓦時65美元，以實現電動車型和燃油車型的成本平價。此外，日產還計劃將全固態電池的能量密度提高到目前Leaf所用鋰離子電池的兩倍，并將充電時間縮短到三分之一。
2020年，本田公司宣布開發出一種可在約10分鐘內完成充電的高能量密度全固態電池。2022年，本田在美國建立首個電動汽車工廠，并向栃木縣研究所投資430億日元，2024年春季投產全固態電池示范生產線。本田認為2020年代后半期全球進入純電動車普及期，預計從2026年推出“Honda：e-Architecture” 純電動汽車專用平臺，可以支持多種車型，包括緊湊型和大型車輛的電動汽車，屆時將搭載全固態電池。
工業設備領域的應用
日本大型電池企業麥克賽爾（Maxell）預計最早將于2026年度開始量產用于工業設備的全固態電池。麥克賽爾社長中村啟次表示，“到2030年，我們將向全固態電池投資100億日元。目標是僅全固態電池一項業務就實現300億日元的銷售額”。該公司意在通過專注于中小型產品并盡快實現產品化，來獲得一定份額。
芯片設備領域的應用
2024年，日本某造船業公司宣布，公司制造的全固態鋰電池獲芯片制造設備商采用，已從芯片設備商接獲全固態電池訂單，且期待今后將能持續獲得來自芯片設備商的訂單。該造船業公司表示，公司的全固態電池可在低溫及高溫環境或是真空下進行充放電，目前主要出貨樣品給航天產品、芯片設備等用途使用。
航天領域的應用
2022年，日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)與日立造船實現了世界首次在太空中的全固態鋰離子電池充放電，采用的電池型號為AS-LiB（140mAh型）；2023年推出了第3款全固態電池試作品AS-LiB，容量為5000mAh，可以在低溫、高溫環境下或是真空中進行充放電。固態電池的成品不僅可順利通過針刺實驗，在溫度-40℃-120℃之間或真空環境下依然可穩定運行工作，據公開信息顯示，該產品已在與日本宇宙航空研究開發機構以及NASA的合作中進行了太空使用驗證。
無人機、機器人領域的應用
松下與豐田成立了一家固態電池企業Prime Planet Energy & Solutions Inc.，計劃2027年開始為豐田提供固態電池。按照松下的規劃，到2029年開始向市場推出可用于無人機、工廠機器人的全固態電池。松下在2023年9月公開過一款全固態電池，充電10%-80%只需要3分鐘，室溫下循環10000-100000次，預計20年代末商用，最有希望率先在無人機上應用。
村田制作所(MURATA)在物聯網設備和可穿戴設備領域，應用氧化物全固態電池。從2020年年中開始，村田在位于滋賀縣的工廠開始小型高容量全固態電池的生產，規劃產量10萬個，規格2-25mAh，尺寸為長5-10mm，寬5-10mm，厚2-6mm，計劃將其用于助聽器、機器人等的位置控制設備以及在工廠中收集環境數據的IoT（物聯網）設備等。
日本電氣硝子早在2022年開發出了不使用稀有金屬的全固態電池，并規劃將在2025年前后面向電子設備和機器人等用途實現實用化。2024年3月份，日本電氣硝子更新動態，官宣將陸續開始針對全固態鈉離子二次電池樣品陸續出貨，為氧化物路線，3V/200mAh電池，可根據客戶提供更大容量的型號。
參考來源：日經中文網、科情智庫、汽車縱橫、NE時代、知日社區、粉體大數據研究等。
（中國粉體網編輯整理/平安）
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